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JP3754294B2 - Method for manufacturing silicon carbide single crystal substrate and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents
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JP3754294B2 - Method for manufacturing silicon carbide single crystal substrate and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Method for manufacturing silicon carbide single crystal substrate and method for manufacturing semiconductor device Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、3C(立方晶系)のSiC単結晶の気相成長技術に係わり、特に半導体素子を製造する上で望ましい結晶性の優れた3C−SiC単結晶基板の製造方法、及びこの基板を用いた半導体装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、SiC(炭化珪素)の成長は、昇華法によるバルク結晶成長と、基板上へSi化合物の原料ガス及びC化合物の原料ガスを供給して反応によってSiCを生成させる気相エピタキシャル成長法による薄膜形成とに分類されてきた。
【0003】
昇華法によるバルク結晶成長では、高温安定相の結晶多形である六方晶系6HのSiC,同じく六方晶系であるがやや低温相の4HのSiCの〈0001〉成長が可能であり、実際にこのような(0001)SiC基板が販売されるまでになっている。しかしながら、未だマイクロバイブと呼ばれる欠陥の密度が高く、また基板面積の拡大が困難な状況であった。
【0004】
これに対し、単結晶基板上への気相エピタキシャル成長法を用いると、不純物添加の制御性が格段に向上したり、基板面積の拡大により容易に大面積のエピタキシャル成長膜が得られたり、前述のマイクロバイブ密度の低減が実現できたりする。しかしながら、気相エピタキシャル成長法では、しばしば基板材料とSiC膜の格子定数の差に起因する欠陥密度の増大が問題になる。特に、成長時に用いられる基板として一般的なSiはSiCとの格子定数差が大きいため、成長される3C−SiC層内に双晶や反位相領域境界面(APB:Anti Phase Boundary)の発生が著しく、これがSiC半導体装置の実現を阻んでいた。
【0005】
気相エピタキシャル成長法による3C−SiC膜内の欠陥を低減させる方法として、例えば被成長基板上に成長領域を設ける工程と、この成長領域にSiC単結晶をその厚さが、基板の成長面方位に固有な厚さと同一又はそれ以上になるように成長させる工程を有し、固有な厚さ以降の面欠陥を低減する技術が提案されている(特公平6−41400号公報)。しかしながら、3C−SiC中に含まれる2種類の反位相領域同士は、3C−SiCの膜厚増加に対して互いに直交した方向へと拡大する特性を有しているため、反位相領域境界界面を効果的に低減することができない。さらに、成長した3C−SiC表面に形成される超構造の向きを任意に制御することができないため、例えば離散した成長領域同士が成長に伴って結合した場合には、この結合部に新たに反位相領域境界面が形成されてしまい、所望の電気的特性を実現することができない。
【0006】
反位相領域境界面を効果的に低減する方法として、表面法線軸を[100]から[110]方向に僅かに傾けた(オフ角を導入した)Si(001)面基板上への成長法が提案された(アブライド・フィジックス・レターズ、50巻、1987年、1888頁参照)。この方法は、基板に微傾斜を付けることで、原子レベルのステップが一方向に等間隔で導入されるため、導入されたステップに平行な方向の面欠陥が伝播し、一方で導入されたステップに垂直な方向(ステップを横切る方向)への面欠陥の伝播を抑制する効果がある。そして、SiCの膜厚増加に伴って、膜中に含まれる2種類の反位相領域の内、導入されたステップに平行な方向へ拡大する反位相領域が、直交する方向へ拡大する反位相領域に比べて優先的に拡大するため、反位相領域境界面を効果的に低減することができる。しかしながら、この方法は、SiC/Si界面のステップ密度の増大により、不本意な反位相領域境界面の生成を引き起こしてしまい、反位相領域境界面の完全解消には至らないと云う問題があった。
【0007】
これに対して被成長基板表面の全部又は一部に一方向に平行に伸びる複数の起伏を具備させ、この基板表面上にSiCを成長させる方法が提案されている(特開2000−178740号公報)。この方法では、SiCの被成長結晶表面は鏡面対称な方位に配向したステップが統計的に釣り合った密度で導入されるため、被成長基板表面のステップにより不本意に導入されたSiC層内の反位相領域境界面同士は効果的に会合し、反位相領域境界面を完全に解消したSiC膜が得られる。さらにこの方法では、オフ角を導入することにより個々の成長領域は全て同一方向に拡大する同位相領域となるため、離散した成長領域同士が成長に伴って結合した場合でも結合部に反位相領域境界面が生じない利点がある。
【0008】
しかしながら、この方法を用いて作製された3C−SiC基板を用いて作製される半導体装置でも所望の特性が得られない。その理由につき本発明者等は詳細な検討を行った結果、3C−SiC中に多数含まれている(111)面上の積層欠陥が半導体装置の特性を阻んでいると結論した。例えば、被成長基板として広く用いられるSi単結晶と3C−SiC単結晶との間では約20%もの格子定数の差があり、それ故Si基板上に3C−SiC単結晶を従来の方法で成長させた3C−SiCには(111)面上の積層欠陥が多数存在する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
このように従来、半導体装置の素子形成基板としてのSiC単結晶基板を形成するために、オフ角を導入してSi(001)基板上にSiC層を成長する方法や、一方向に平行に伸びる起伏を有した基板上にSiC層を成長する方法などが提案されているが、いずれの方法を用いても、積層欠陥が低減された3C−SiC単結晶を再現性良く得ることは困難である。従って、このような結晶性に優れた3C−SiC単結晶を工業規模で安定に供給し得る製造方法が必要とされている。
【0010】
本発明は、上記事情を考慮して成されたもので、その目的とするところは、積層欠陥が低減された3C−SiC単結晶を再現性良く製造し得る炭化珪素単結晶基板の製造方法、及びこの基板を用いた半導体装置の製造方法を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
(構成)
上記課題を解決するために本発明は次のような構成を採用している。
【0012】
即ち本発明は、炭化珪素単結晶基板の製造方法において、バルク結晶基板(Si基板等の融液成長法などで成長されたインゴットを、ダイアモンドブレード等で切り出し、所定の厚さに研磨・成形されたウェーハ)の表面の少なくとも一部に複数の起伏を形成する工程と、前記起伏が形成された結晶基板の表面上に立方晶系の第1のSiC層をエピタキシャル成長する工程と、第1のSiC層から前記結晶基板を除去する工程、前記結晶基板の除去により露出した第1のSiC層の表面上に立方晶系の第2のSiC層をエピタキシャル成長してその表面を平坦化する工程とを含むことを特徴とする。
【0013】
また本発明は、炭化珪素単結晶基板の製造方法において、バルク結晶基板の表面上に立方晶系の第1のSiC層をエピタキシャル成長する工程と、第1のSiC層の表面の少なくとも一部に複数の起伏を形成する工程と、第1のSiC層から前記結晶基板を除去する工程と、次いで第1のSiC層の起伏を有する表面上に立方晶系の第2のSiC層を成長してその表面を平坦化する工程とを含むことを特徴とする。
【0014】
ここで、本発明の望ましい実施態様としては次のものが挙げられる。
(1) バルク結晶基板は、Si,Ge,又はSiGeであること。
【0015】
(2) 結晶基板の表面に形成する複数の起伏は、頂部と底部が一方向に連続して形成され、且つ頂部及び底部が一定間隔で周期的に配置されたラインアンドスペース状のパターンであること。
(3) 第1のSiC層の表面に形成する複数の起伏は、頂部と底部が一方向に連続して形成され、且つ頂部及び底部が一定間隔で周期的に配置されたラインアンドスペース状のパターンであること。
【0016】
(4) 結晶基板の表面に形成する複数の起伏は、頂部と底部が一方向に連続して形成され、且つ頂部及び底部が一定間隔で周期的に配置されたラインアンドスペース状のパターンを、相互に直交させた格子状のパターンであること。
(5) 第1のSiC層の表面に形成する複数の起伏は、頂部と底部が一方向に連続して形成され、且つ頂部及び底部が一定間隔で周期的に配置されたラインアンドスペース状のパターンを、相互に直交させた格子状のパターンであること。
【0017】
(6) 結晶基板の面方位は(001)であり、ラインアンドスペース状のパターンは〈110〉方向から数度傾けられていること。
(7) 単結晶基板を除去する際に、該基板をその途中まで機械的に研磨した後に、残りを溶液を用いてエッチングすること。
【0018】
また本発明は、半導体装置の製造方法において、上記の何れかの方法によって第1及び第2のSiC層からなる立方晶系のn+ 型SiC単結晶基板を形成する工程と、前記SiC単結晶基板上に立方晶系のn- 型SiC層をエピタキシャル成長する工程とを含むことを特徴とする。
【0019】
(作用)
本発明によれば、複数の起伏が形成されたバルク結晶基板の表面上に立方晶系の第1のSiC層をエピタキシャル成長した後に、第1のSiC層から結晶基板を除去することによって、表面に複数の起伏を有するSiC層を形成することができる。
【0020】
ここで、第1のSiC層の表面層はバルク結晶基板と接していたために多くの結晶欠陥や歪を含んではいる。しかしながら、例えば熱酸化を行った後に酸化膜を除去する、或いは反応性イオンエッチングによって最表面を除去することにより、その後に高品質なSiC単結晶を成長させるためのホモエピタキシャル基板の表面としては十分な結晶性を有し、かつ所望の複数の起伏を具備する被成長基板としての役割を果たすことができるのである。そして、この面に複数の起伏を備えているので、SiC単結晶表面の各起伏の斜面において双晶,反位相領域境界面,積層欠陥などが存在していても、先に説明したオフ角の導入効果を得ることができるため、これらの欠陥が成長方向に伝播するのを有効に防止できる。
【0021】
しかも本発明では、第1のSiC層の表面に特開2000−178740号公報に開示されているような一方向に平行に伸びる複数の起伏を形成することが可能なため、第1のSiC層の表面には鏡面対称な方位に配向したステップが統計的に釣り合った密度で導入される。このため、第1のSiC層の表面のステップにより不本意に導入されたSiC成長層内の反位相領域境界面同士は効果的に会合し、反位相領域境界面をほぼ完全に解消した第2のSiC層が得られる。さらに、オフ角の導入効果によって、個々の成長領域は全て同一方向に拡大する同位相領域となるため、離散した成長領域同士が成長に伴って結合した場合でも、結合部に段差が生じることはあるものの反位相領域境界面は生じないという利点がある。
【0022】
ここで、第1のSiC層の表面に複数の起伏を形成するのに機械的な加工手段を用いると、加工損傷が深さ方向に予想外に形成されてしまい、破砕層を取り除くのが難しい場合がある。この場合、予めバルク結晶基板の表面に起伏を形成しておき、その上に第1のSiC層を成長させ、この成長させたSiC層からバルク結晶基板を除去することによって露出される面に起伏を転写する方法が、工程の容易さ、再現性の良さという観点からも最も望ましい。機械的な加工手段による破砕層を容易に取り除くことができる場合は、第1のSiC層に直接的に起伏を形成すればよい。
【0023】
また本発明によれば、複数の起伏を有する第1のSiC層上の第2のSiC層のエピタキシャル成長はヘテロエピタキシーではないので、基板の格子定数の差に起因する応力などによる積層欠陥などの新たな欠陥を誘発させる要因が無く、再現性に優れる高品質低欠陥のSiC単結晶基板を製造することができる。しかも、第2のSiC層を成長する際には第1のSiC層からバルク結晶基板が除去されているので、第1のSiC層にバルク結晶基板との格子不整合の違いによる歪みが残らない状態で成長を行うことができ、これによっても格子不整合に起因する積層欠陥の発生を防止することができる。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の詳細を図示の実施形態によって説明する。
【0025】
(第1の実施形態)
図1〜図3は、本発明の第1の実施形態に係わるSiC単結晶基板の製造方法を説明するためのものであり、図1はバルク結晶基板の表面に起伏を形成する工程を示す断面図、図2はバルク結晶基板上に形成するレジストパターンを示す平面図、図3はSiC層の成長工程を示す断面図である。
【0026】
本実施形態では、バルク結晶基板としてはSi(001)基板を用いた。図1(a)に示すように、このSi基板11の表面を熱酸化した後、フォトリソグラフィー技術を用いて基板表面上に幅1.5μm,長さ90mm,厚さ1μmのラインアンドスペースからなるレジストパターン12を形成した。但し、レジストパターン12におけるライン方向は図2(a)に示すように、<110>方向から2°傾けた方向に平行とした。
【0027】
この基板をホットプレート上で180℃,10分間加熱することによって、レジストパターン12がラインと直交する方向に向かって広がっていき、図1(b)に示すように、起伏の頂点と底とが滑らかな曲線でつながった波面状の断面のレジストパターン形状を得た。次いで、図1(c)に示すように、このレジストパターン12’の断面の起伏形状及び平面的なラインアンドスペースの形状をドライエッチングによってSi基板11に転写した。具体的には、レジスト及びSiのエッチング速度がほぼ同じとなる条件でこれらをRIE法でエッチングすることにより、Si基板11の表面に、頂部と底部が一方向に連続して形成され、且つ頂部及び底部が一定間隔で周期的に配置されたラインアンドスペース状の起伏13を形成した。
【0028】
ここで、Si基板11上に形成するレジストパターン12は、必ずしも図2(a)に示すようなラインアンドスペースのパターンに限らず、図2(b)に示すように、ラインアンドスペースを相互に直交させた格子状のパターンであってもよい。
【0029】
次いで、Si基板11の表面に残存したレジストを過酸化水素水溶液と硫酸との混合液中で除去した後、表面に起伏13が形成されたSi基板11上に、図3(a)に示すように第1の3C−SiC層21の成長を行った。ここで、SiC層21の導電型はp型,n型の何れでも構わないが、一般には高濃度のn型(n+ 型)が望ましい。
【0030】
SiCの成長は、Si基板表面の炭化工程と、原料ガスの交互供給によるSiC成長工程とに分けられる。まず炭化工程では、炉内圧力2.7Paの減圧アセチレン雰囲気中で上記加工済みSi基板11を室温から1050℃まで約2時間かけて加熱した。このとき、アセチレンの供給量は10sccmとした。この炭化工程の後に、温度をl050℃で保持したままジクロルシランとアセチレンをそれぞれ20sccmで10秒ずつ、各ガス供給のインターバルを5秒として交互に基板表面に暴露して、3C−SiC層21の成長を行った。このとき、炉内圧力は最低で2.7Pa、最大で27Paであった。
【0031】
原料ガスの供給サイクル数を増やすことにより第1の3C−SiC層21の膜厚を増加させ、150μmまで成長させた。なお、3C−SiC層21の膜厚は適宜変更可能であるが、欠陥の少ない良好な結晶を得るためには50μm以上が望ましい。
【0032】
次いで、上記の試料を室温まで冷却した後に取り出し、HFとHNO3 の混酸(HF:HNO3 =7:1)に浸すことにより、図3(b)に示すように、第1の3C−SiC層21からSi基板11を除去した。ここで、Si基板11が厚い場合は、その途中まで機械研磨で削った後に、上記の混酸を用いてエッチングすればよい。その後、露出した起伏形状の付いた3C−SiC層21の最表面の高い欠陥密度層を除去するためにCF4 (40sccm)とO2 (10sccm)をエッチングガスとして反応性イオンエッチングを行った。この反応性イオンエッチングを行う代わりに、3C−SiC層21の露出表面の熱酸化を行った後に該酸化膜を除去するようにしてもよい。
【0033】
次いで、このような加工処理が施された第1の3C−SiC層21を加工面を上にして反応容器内に収容し、第2の3C−SiC層22の成長を行った。この段階でのSiCの成長は、ホモエピタキシーになるので炭化工程は当然省略して良い。炉内圧力2.7Paの減圧アセチレン雰囲気中で上記3C−SiC層21を室温から1050℃まで約5分で加熱した。このとき、アセチレンの供給量は10sccmとした。この炭化工程の後に、温度は1050℃で保持したままジクロルシランとアセチレンをそれそれ20sccmで10秒ずつ、各ガス供給のインターバルを5秒として交互に基板表面に暴露して、3C−SiCの成長を行った。このとき、炉内圧力は最低で2.7Paで、最大で27Paであった。
【0034】
そして、原料ガスの供給サイクル数を増やすことにより第2の3C−SiC層22の膜厚を増加させ、100μmまで成長させたところで、原料供給流量をそれぞれ5sccmまで減らしてほぼ成長速度を1/4にした状態で、最後の50μmを成長した。
【0035】
かくして本実施形態によれば、総厚300μmの3C−SiC基板を得ることができた。このようにして成長した基板表面に対し、AFM観察することによって反位相領域境界面密度を測定した結果、観察領域内では反位相領域境界面の存在は認められなかった。また、積層欠陥の発生状況を調べるために、成長した基板を(110)面でへき開し、断面の透過電子顕微鏡観察を行ったが、起伏のパターンを付けておいた付近に若干の積層欠陥らしきものは観察されたが、それは成長方向に沿って伝播しておらず、特に起伏から5μm以上離れると積層欠陥は全く観察されなかった。
【0036】
このように本実施形態によれば、Si基板11の表面にラインアンドスペース状の起伏13を設けておき、その上に第1の3C−SiC層21をエピタキシャル成長することにより、第1の3C−SiC層21の表面に起伏を転写することができる。そして、このような起伏を有する第1の3C−SiC層21の表面上に第2の3C−SiC層22を成長することにより、双晶,反位相領域境界面,積層欠陥などが成長方向に伝播するのを有効に防止できる。
【0037】
また、第1の3C−SiC層21の表面には鏡面対称な方位に配向したステップが統計的に釣り合った密度で導入されるため、第2の3C−SiC層22は反位相領域境界面をほぼ完全に解消したものとなり、さらにオフ角の導入効果によって反位相領域境界面は生じない。しかも、Si基板11が除去された状態で第2の3C−SiC層22を成長するため、SiCとSiとの格子不整合の違いによる歪みが残らない状態で成長を行うことができ、これによっても格子不整合に起因する積層欠陥の発生を防止することができる。
【0038】
(第2の実施形態)
図4は、本発明の第2の実施形態に係わるSiC単結晶基板の製造工程を示す断面図である。なお、図3と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【0039】
本実施形態では、図4(a)に示すように、表面が平坦なSi基板11上に第1の3C−SiC層21をエピタキシャル成長した。このときのSiCの成長条件は、第1の実施形態と同様とした。即ち、炉内圧力2.7Paの減圧アセチレン雰囲気中でSi基板11を室温から1050℃まで約2時間かけて加熱した後に、温度をl050℃で保持したままジクロルシランとアセチレンをそれぞれ20sccmで10秒ずつ、各ガス供給のインターバルを5秒として交互に基板表面に暴露して、3C−SiC層21の成長を行った。SiC層21の膜厚は、第1の実施形態と同様に150μmとした。
【0040】
次いで、図4(b)に示すように、SiC層21の表面にラインアンドスペースの起伏を形成した。この起伏の形成の仕方は、第1の実施形態でSi基板11に形成したのと同じようにすればよい。即ち、フォトリソグラフィー技術を用いてSiC層21の表面上にラインアンドスペースからなるレジストパターンを形成した後に、加熱処理によりレジストパターンを変形させて波面状の断面のレジストパターン形状を得る。そして、このレジストパターンの断面の起伏形状及び平面的なラインアンドスペースの形状をドライエッチングによってSiC層21に転写する。その後、エッチングによる破砕層を取り除くために溶液エッチングにより表面を洗浄処理する。
【0041】
次いで、図4(c)に示すように、3C−SiC層21からSi基板11を除去した。Si基板11の除去には、第1の実施形態と同様にHFとHNO3 の混酸を用いた。
【0042】
次いで、図4(d)に示すように、第1の3C−SiC層21上に第2の3C−SiC層22をエピタキシャル成長した。このときの成長条件は、第1の実施形態と同様である。即ち、炉内圧力2.7Paの減圧アセチレン雰囲気中で3C−SiC層21を室温から1050℃まで約5分で加熱した後に、温度を1050℃で保持したままジクロルシランとアセチレンをそれそれ20sccmで10秒ずつ、各ガス供給のインターバルを5秒として交互に基板表面に暴露して第2の3C−SiC層22の成長を行った。SiC層22の膜厚は、第1の実施形態と同様に150μmとした。
【0043】
本実施形態によれば、第1の3C−SiC層21の表面にラインアンドスペース状の起伏を有する状態で第2の3C−SiC層22のエピタキシャル成長を行っているので、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
【0044】
(第3の実施形態)
図5は、本発明の第3の実施形態に係わるショットキーダイオードの製造工程を示す断面図である。なお、図3と同一部分には同一符号を付して、その詳しい説明は省略する。
【0045】
まず、第1の実施形態と同様にして、図1(a)〜(c)及び図3(a)〜(c)に示す工程により、第1及び第2の3C−SiC層21,22からなる3C−SiC基板を作成した。このとき、SiC基板は高濃度のn型(n+ 型)とした。
【0046】
次いで、図5(a)に示すように、3C−SiC基板20上にn- 型の3C−SiC層25をエピタキシャル成長した。このときの成長条件は、第1の実施形態で述べた第2の3C−SiC層22の成長の場合と同様にすればよい。続いて、次いで、図5(b)に示すように、SiC層25の表面層にArのイオン注入によりイオン注入層26を形成し、該層26上にTiAlからなる電極27を形成した。また、SiC基板20の裏面側にはPtやAuからなる電極を設けた。
【0047】
かくして形成されたショットキーダイオードにおいては、3C−SiC基板20が欠陥のない良質な結晶であるため、その上に形成する3C−SiC層25も良質の結晶となり、素子特性の向上を図ることができる。
【0048】
なお、本発明は上述した各実施形態に限定されるものではない。3CのSiCの成長温度は上記実施形態に限らず、800〜1200℃の範囲で実施することが可能である。特に、良好な結晶を得る上で900〜1100℃の範囲の温度が好ましい。実施形態では、バルク基板結晶としてSi基板を用いているが、これに限らずGeやSiGeの単結晶基板を用いることも可能である。また、実施形態では、バルク基板結晶又は第1のSiC層の表面の全体に起伏を設けたが、素子形成する領域が全体でない場合などは、表面の一部に起伏を設けるようにしてもよい。さらに、起伏の形状や起伏を形成するための方法等は、仕様に応じて適宜変更可能である。
【0049】
また、本発明のSiC単結晶基板を用いた半導体装置の製造においては、基板上に形成するSiC層は必ずしもn- 型層に限るものではなくp型層でもよく、形成すべき素子に応じて適宜変更可能である。さらに、ショットキーダイオードに限らず、各種の素子の製造に適用できるのも勿論のことである。その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々変形して実施することができる。
【0050】
【発明の効果】
以上詳述したように本発明によれば、素子形成基板として用いるSiC結晶基板の製造に際して、バルク結晶基板の表面に形成した複数の起伏を第1の3C−SiC層に転写、又は第1の3C−SiC層に複数の起伏を直接形成し、該起伏を有する第1の3C−SiC層の表面上に第2の3C−SiC層をエピタキシャル成長するようにしているので、反位相領域境界面や積層欠陥の著しく低減された結晶の完全性が高いSiC単結晶基板を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態に係わるSiC単結晶基板の製造方法を説明するためのもので、バルク結晶基板の表面に起伏を形成する工程を示す断面図。
【図2】第1の実施形態に係わるSiC単結晶基板の製造方法を説明するためのもので、バルク結晶基板上に形成するレジストパターンを示す平面図。
【図3】第1の実施形態に係わるSiC単結晶基板の製造方法を説明するためのもので、SiC層の成長工程を示す断面図。
【図4】第2の実施形態に係わるSiC単結晶基板の製造工程を示す断面図。
【図5】第3の実施形態に係わるショットキーダイオードの製造工程を示す断面図。
【符号の説明】
11…Si基板(バルク結晶基板)
12…レジストパターン
13…起伏
20…3C−SiC単結晶基板
21…第1の3C−SiC層
22…第2の3C−SiC層
25…n- 型SiC層
26…イオン注入層
27,28…電極
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vapor phase growth technique for 3C (cubic) SiC single crystal, and more particularly, a method for manufacturing a 3C-SiC single crystal substrate having excellent crystallinity, which is desirable for manufacturing a semiconductor element, and the substrate. The present invention relates to a method for manufacturing a used semiconductor device.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, SiC (silicon carbide) is grown by bulk crystal growth by a sublimation method and thin film formation by vapor phase epitaxial growth method in which SiC is produced by supplying a raw material gas of a Si compound and a raw material gas of a C compound onto a substrate. And has been classified.
[0003]
In bulk crystal growth by the sublimation method, <0001> growth of hexagonal 6H SiC, which is a polymorph of the high-temperature stable phase, and hexagonal but slightly low-temperature 4H SiC is possible. Such (0001) SiC substrates have been sold. However, the density of defects called microvibration is still high, and it is difficult to expand the substrate area.
[0004]
On the other hand, when the vapor phase epitaxial growth method on a single crystal substrate is used, the controllability of impurity addition is remarkably improved, and an epitaxial growth film having a large area can be easily obtained by expanding the substrate area. The vibration density can be reduced. However, in the vapor phase epitaxial growth method, an increase in defect density due to a difference in lattice constant between the substrate material and the SiC film often becomes a problem. In particular, since Si, which is a general substrate used for growth, has a large lattice constant difference from SiC, twins and anti-phase boundary (APB) are generated in the grown 3C-SiC layer. Remarkably, this hindered the realization of SiC semiconductor devices.
[0005]
As a method of reducing defects in the 3C-SiC film by the vapor phase epitaxial growth method, for example, a step of providing a growth region on a substrate to be grown and a thickness of an SiC single crystal in the growth region in the growth plane orientation of the substrate A technique for reducing the surface defects after the unique thickness has been proposed (Japanese Patent Publication No. 6-41400). However, since the two types of antiphase regions included in 3C-SiC have the property of expanding in directions orthogonal to each other with respect to the increase in film thickness of 3C-SiC, the antiphase region boundary interface is It cannot be reduced effectively. Furthermore, since the orientation of the superstructure formed on the grown 3C-SiC surface cannot be controlled arbitrarily, for example, when discrete growth regions are combined with each other during growth, a new reaction is applied to the joint. A phase region boundary surface is formed, and desired electrical characteristics cannot be realized.
[0006]
As a method for effectively reducing the anti-phase region boundary surface, there is a growth method on a Si (001) plane substrate in which the surface normal axis is slightly tilted from [100] to [110] (introduction of an off angle). Proposed (see Abride Physics Letters, 50, 1987, p. 1888). In this method, since the atomic steps are introduced at equal intervals in one direction by giving a slight tilt to the substrate, a plane defect in a direction parallel to the introduced steps propagates, while the introduced steps are This has the effect of suppressing the propagation of surface defects in the direction perpendicular to the direction (the direction across the step). And, as the film thickness of SiC increases, the antiphase region that expands in the direction parallel to the introduced step out of the two types of antiphase regions included in the film expands in the orthogonal direction Therefore, the antiphase region boundary surface can be effectively reduced. However, this method has a problem that an increase in the step density of the SiC / Si interface causes an unintentional generation of the antiphase region boundary surface, and the antiphase region boundary surface cannot be completely eliminated. .
[0007]
On the other hand, there has been proposed a method in which a plurality of undulations extending in parallel in one direction are provided on all or part of the surface of the substrate to be grown and SiC is grown on the surface of the substrate (Japanese Patent Laid-Open No. 2000-178740). ). In this method, since the surface of the SiC crystal to be grown is introduced at a density in which the steps oriented in a mirror-symmetrical orientation are statistically balanced, the reaction in the SiC layer introduced unintentionally by the step on the surface of the substrate to be grown is introduced. The phase region boundary surfaces are effectively associated with each other, and an SiC film in which the anti-phase region boundary surfaces are completely eliminated is obtained. Furthermore, in this method, since the individual growth regions are all in the same phase region that is expanded in the same direction by introducing the off-angle, even when the discrete growth regions are coupled with each other with growth, the antiphase region is connected to the coupling portion. There is an advantage that no boundary surface occurs.
[0008]
However, desired characteristics cannot be obtained even in a semiconductor device manufactured using a 3C-SiC substrate manufactured using this method. As a result of detailed studies on the reason, the present inventors have concluded that stacking faults on the (111) plane, which are contained in large numbers in 3C-SiC, hinder the characteristics of the semiconductor device. For example, there is a difference in lattice constant of about 20% between a Si single crystal widely used as a substrate to be grown and a 3C-SiC single crystal. Therefore, a 3C-SiC single crystal is grown on a Si substrate by a conventional method. The 3C-SiC thus made has many stacking faults on the (111) plane.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
Thus, conventionally, in order to form a SiC single crystal substrate as an element formation substrate of a semiconductor device, a method of growing an SiC layer on a Si (001) substrate by introducing an off angle, or extending in one direction in parallel. Although a method of growing a SiC layer on a substrate having undulations has been proposed, it is difficult to obtain a 3C-SiC single crystal with reduced stacking faults with good reproducibility by using any method. . Therefore, there is a need for a production method that can stably supply such a 3C—SiC single crystal having excellent crystallinity on an industrial scale.
[0010]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and the object thereof is a method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate capable of manufacturing a 3C-SiC single crystal with reduced stacking faults with good reproducibility, Another object of the present invention is to provide a method for manufacturing a semiconductor device using the substrate.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
(Constitution)
In order to solve the above problems, the present invention adopts the following configuration.
[0012]
That is, according to the present invention, in a method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate, a bulk crystal substrate (an ingot grown by a melt growth method such as a Si substrate) is cut out with a diamond blade or the like and polished and formed to a predetermined thickness. A plurality of undulations on at least a part of the surface of the wafer), a step of epitaxially growing a cubic SiC layer on the surface of the crystal substrate on which the undulations are formed, and a first SiC Removing the crystal substrate from the layer, and epitaxially growing a cubic second SiC layer on the surface of the first SiC layer exposed by removing the crystal substrate to planarize the surface. It is characterized by that.
[0013]
According to the present invention, in the method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate, a step of epitaxially growing a cubic first SiC layer on the surface of the bulk crystal substrate, and a plurality of at least part of the surface of the first SiC layer are provided. Forming a undulation of the first, a step of removing the crystal substrate from the first SiC layer, and then growing a second SiC layer of cubic system on the surface having the undulation of the first SiC layer. And flattening the surface.
[0014]
Here, preferred embodiments of the present invention include the following.
(1) The bulk crystal substrate is Si, Ge, or SiGe.
[0015]
(2) The plurality of undulations formed on the surface of the crystal substrate is a line-and-space pattern in which the top and bottom are continuously formed in one direction, and the top and bottom are periodically arranged at regular intervals. thing.
(3) The plurality of undulations formed on the surface of the first SiC layer is a line-and-space pattern in which the top and bottom are continuously formed in one direction, and the top and bottom are periodically arranged at regular intervals. Be a pattern.
[0016]
(4) The plurality of undulations formed on the surface of the crystal substrate is a line-and-space pattern in which the top and bottom are continuously formed in one direction, and the top and bottom are periodically arranged at regular intervals. It must be a grid pattern that is orthogonal to each other.
(5) The plurality of undulations formed on the surface of the first SiC layer is a line-and-space pattern in which the top and bottom are continuously formed in one direction, and the top and bottom are periodically arranged at regular intervals. It is a lattice pattern in which the patterns are orthogonal to each other.
[0017]
(6) The plane orientation of the crystal substrate is (001), and the line and space pattern is tilted several degrees from the <110> direction.
(7) When removing the single crystal substrate, the substrate is mechanically polished halfway, and the remainder is etched using a solution.
[0018]
According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device, the step of forming a cubic n + -type SiC single crystal substrate composed of the first and second SiC layers by any one of the methods described above, and the SiC single crystal. And a step of epitaxially growing a cubic n -type SiC layer on the substrate.
[0019]
(Function)
According to the present invention, after epitaxial growth of a cubic first SiC layer on the surface of a bulk crystal substrate on which a plurality of undulations are formed, the crystal substrate is removed from the first SiC layer to A SiC layer having a plurality of undulations can be formed.
[0020]
Here, since the surface layer of the first SiC layer is in contact with the bulk crystal substrate, it contains many crystal defects and strains. However, for example, by removing the oxide film after performing thermal oxidation or removing the outermost surface by reactive ion etching, it is sufficient as a surface of a homoepitaxial substrate for subsequent growth of a high-quality SiC single crystal. Therefore, it can serve as a growth substrate having a desired crystallinity and having a plurality of desired undulations. Since this surface is provided with a plurality of undulations, even if twins, antiphase region boundaries, stacking faults, etc. exist on each undulation slope of the SiC single crystal surface, the off-angle described above Since the introduction effect can be obtained, it is possible to effectively prevent these defects from propagating in the growth direction.
[0021]
Moreover, in the present invention, a plurality of undulations extending in one direction as disclosed in JP 2000-178740 A can be formed on the surface of the first SiC layer. Steps oriented in a mirror-symmetrical orientation are introduced into the surface at a statistically balanced density. For this reason, the antiphase region boundary surfaces in the SiC growth layer introduced unintentionally by the step of the surface of the first SiC layer effectively associate with each other, and the antiphase region boundary surface is almost completely eliminated. SiC layer is obtained. Furthermore, because of the effect of introducing the off-angle, all the growth regions become the same phase region that expands in the same direction, so that even when the discrete growth regions are joined together with growth, there is no step at the joint. There is an advantage that an anti-phase region boundary surface does not occur.
[0022]
Here, when mechanical processing means is used to form a plurality of undulations on the surface of the first SiC layer, processing damage is unexpectedly formed in the depth direction, and it is difficult to remove the crushed layer. There is a case. In this case, undulations are formed in advance on the surface of the bulk crystal substrate, a first SiC layer is grown thereon, and the undulations are formed on the surface exposed by removing the bulk crystal substrate from the grown SiC layer. Is most desirable from the viewpoint of ease of process and good reproducibility. When the crushed layer by the mechanical processing means can be easily removed, the undulations may be formed directly on the first SiC layer.
[0023]
Further, according to the present invention, since the epitaxial growth of the second SiC layer on the first SiC layer having a plurality of undulations is not heteroepitaxy, new defects such as stacking faults due to stress caused by the difference in the lattice constant of the substrate, etc. Therefore, it is possible to manufacture a high-quality, low-defect SiC single crystal substrate that is excellent in reproducibility and does not cause any defects. In addition, since the bulk crystal substrate is removed from the first SiC layer when the second SiC layer is grown, the first SiC layer is not strained due to a difference in lattice mismatch with the bulk crystal substrate. The growth can be performed in a state, and this can also prevent the occurrence of stacking faults due to lattice mismatch.
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
The details of the present invention will be described below with reference to the illustrated embodiments.
[0025]
(First embodiment)
1 to 3 are diagrams for explaining a method of manufacturing a SiC single crystal substrate according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 1 is a cross-sectional view showing a process of forming undulations on the surface of a bulk crystal substrate. FIG. 2 is a plan view showing a resist pattern formed on a bulk crystal substrate, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing a step of growing a SiC layer.
[0026]
In this embodiment, a Si (001) substrate is used as the bulk crystal substrate. As shown in FIG. 1 (a), after the surface of the Si substrate 11 is thermally oxidized, the substrate surface is composed of a line and space having a width of 1.5 μm, a length of 90 mm, and a thickness of 1 μm on the substrate surface. A resist pattern 12 was formed. However, the line direction in the resist pattern 12 was parallel to a direction inclined by 2 ° from the <110> direction, as shown in FIG.
[0027]
By heating this substrate on a hot plate at 180 ° C. for 10 minutes, the resist pattern 12 spreads in the direction perpendicular to the line, and as shown in FIG. A resist pattern shape having a wavefront cross section connected by a smooth curve was obtained. Next, as shown in FIG. 1C, the undulating shape and the planar line and space shape of the cross section of the resist pattern 12 ′ were transferred to the Si substrate 11 by dry etching. Specifically, the top and bottom are continuously formed in one direction on the surface of the Si substrate 11 by etching these with the RIE method under conditions where the etching rates of the resist and Si are substantially the same, and the top And the line-and-space-like undulations 13 in which the bottoms are periodically arranged at regular intervals were formed.
[0028]
Here, the resist pattern 12 formed on the Si substrate 11 is not necessarily limited to the line and space pattern as shown in FIG. 2A, but as shown in FIG. An orthogonal grid pattern may be used.
[0029]
Next, after removing the resist remaining on the surface of the Si substrate 11 in a mixed solution of hydrogen peroxide aqueous solution and sulfuric acid, the Si substrate 11 with the undulations 13 formed on the surface is formed as shown in FIG. First, the first 3C—SiC layer 21 was grown. Here, the conductivity type of SiC layer 21 may be either p-type or n-type, but in general, high-concentration n-type (n + -type) is desirable.
[0030]
The growth of SiC can be divided into a carbonization process on the surface of the Si substrate and a SiC growth process by alternately supplying source gases. First, in the carbonization step, the processed Si substrate 11 was heated from room temperature to 1050 ° C. in about 2 hours in a reduced-pressure acetylene atmosphere with a furnace pressure of 2.7 Pa. At this time, the supply amount of acetylene was 10 sccm. After this carbonization step, while maintaining the temperature at 1050 ° C., dichlorosilane and acetylene were exposed to the substrate surface alternately for 20 seconds each at 20 sccm and each gas supply interval for 5 seconds to grow the 3C—SiC layer 21. Went. At this time, the pressure in the furnace was a minimum of 2.7 Pa and a maximum of 27 Pa.
[0031]
The film thickness of the first 3C—SiC layer 21 was increased by increasing the number of supply cycles of the source gas, and the film was grown to 150 μm. Note that the thickness of the 3C—SiC layer 21 can be changed as appropriate, but is preferably 50 μm or more in order to obtain a good crystal with few defects.
[0032]
Next, the above sample was cooled to room temperature and then taken out, and immersed in a mixed acid of HF and HNO 3 (HF: HNO 3 = 7: 1) to obtain the first 3C—SiC as shown in FIG. The Si substrate 11 was removed from the layer 21. Here, when the Si substrate 11 is thick, it may be etched using the above mixed acid after it has been cut by mechanical polishing halfway. Thereafter, reactive ion etching was performed using CF 4 (40 sccm) and O 2 (10 sccm) as etching gases in order to remove the defect density layer having the highest outermost surface of the 3C—SiC layer 21 with the undulating shape exposed. Instead of performing this reactive ion etching, the oxide film may be removed after the exposed surface of the 3C—SiC layer 21 is thermally oxidized.
[0033]
Next, the first 3C—SiC layer 21 subjected to such a processing treatment was accommodated in the reaction vessel with the processing surface facing upward, and the second 3C—SiC layer 22 was grown. Since the SiC growth at this stage is homoepitaxy, the carbonization step may be omitted. The 3C—SiC layer 21 was heated from room temperature to 1050 ° C. in about 5 minutes in a reduced pressure acetylene atmosphere with a furnace pressure of 2.7 Pa. At this time, the supply amount of acetylene was 10 sccm. After this carbonization step, while maintaining the temperature at 1050 ° C., dichlorosilane and acetylene were exposed to the substrate surface alternately at 20 sccm for 10 seconds each with an interval of each gas supply of 5 seconds to grow 3C-SiC. went. At this time, the pressure in the furnace was a minimum of 2.7 Pa and a maximum of 27 Pa.
[0034]
Then, the film thickness of the second 3C—SiC layer 22 is increased by increasing the number of supply cycles of the source gas, and when the film is grown to 100 μm, the source supply flow rate is reduced to 5 sccm, and the growth rate is substantially reduced to ¼. In the state, the last 50 μm was grown.
[0035]
Thus, according to this embodiment, a 3C—SiC substrate having a total thickness of 300 μm could be obtained. As a result of measuring the antiphase region boundary surface density by observing the substrate surface grown in this manner by AFM, the presence of the antiphase region boundary surface was not recognized in the observation region. In addition, in order to investigate the occurrence of stacking faults, the grown substrate was cleaved at the (110) plane, and the cross section was observed with a transmission electron microscope. Although it was observed, it did not propagate along the growth direction, and stacking faults were not observed at all at a distance of 5 μm or more from the undulation.
[0036]
As described above, according to the present embodiment, the line-and-space undulations 13 are provided on the surface of the Si substrate 11, and the first 3C-SiC layer 21 is epitaxially grown thereon, whereby the first 3C- The undulations can be transferred to the surface of the SiC layer 21. Then, by growing the second 3C-SiC layer 22 on the surface of the first 3C-SiC layer 21 having such undulations, twins, anti-phase region boundaries, stacking faults, and the like are grown in the growth direction. Propagation can be effectively prevented.
[0037]
In addition, since the steps oriented in the mirror symmetry direction are introduced into the surface of the first 3C-SiC layer 21 at a statistically balanced density, the second 3C-SiC layer 22 has an antiphase region boundary surface. This is almost completely eliminated, and the anti-phase region boundary surface does not occur due to the effect of introducing the off angle. In addition, since the second 3C-SiC layer 22 is grown in a state where the Si substrate 11 is removed, the growth can be performed in a state in which no strain is left due to the difference in lattice mismatch between SiC and Si. Also, it is possible to prevent the occurrence of stacking faults due to lattice mismatch.
[0038]
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the SiC single crystal substrate according to the second embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 3 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.
[0039]
In the present embodiment, as shown in FIG. 4A, the first 3C—SiC layer 21 is epitaxially grown on the Si substrate 11 having a flat surface. The SiC growth conditions at this time were the same as those in the first embodiment. That is, after heating the Si substrate 11 from room temperature to 1050 ° C. for about 2 hours in a reduced-pressure acetylene atmosphere with a furnace pressure of 2.7 Pa, dichlorosilane and acetylene were kept at 1050 ° C. for 10 seconds each at 20 sccm. Then, the 3C-SiC layer 21 was grown by alternately exposing the surface of the substrate with each gas supply interval being 5 seconds. The film thickness of the SiC layer 21 was 150 μm as in the first embodiment.
[0040]
Next, as shown in FIG. 4B, line and space undulations were formed on the surface of the SiC layer 21. The method of forming the undulations may be the same as that formed on the Si substrate 11 in the first embodiment. That is, after forming a resist pattern composed of line and space on the surface of the SiC layer 21 using a photolithography technique, the resist pattern is deformed by heat treatment to obtain a resist pattern shape having a wavefront cross section. Then, the undulating shape of the cross section of the resist pattern and the planar line and space shape are transferred to the SiC layer 21 by dry etching. Thereafter, the surface is cleaned by solution etching to remove the fractured layer by etching.
[0041]
Next, as illustrated in FIG. 4C, the Si substrate 11 was removed from the 3C—SiC layer 21. For removal of the Si substrate 11, a mixed acid of HF and HNO 3 was used as in the first embodiment.
[0042]
Next, as illustrated in FIG. 4D, the second 3C—SiC layer 22 was epitaxially grown on the first 3C—SiC layer 21. The growth conditions at this time are the same as in the first embodiment. That is, after the 3C-SiC layer 21 was heated from room temperature to 1050 ° C. in about 5 minutes in a reduced pressure acetylene atmosphere with a furnace pressure of 2.7 Pa, dichlorosilane and acetylene were each 10 sccm at 20 sccm while maintaining the temperature at 1050 ° C. The second 3C—SiC layer 22 was grown by exposing each of the gas supply intervals to the substrate surface alternately at intervals of 5 seconds. The film thickness of the SiC layer 22 was 150 μm as in the first embodiment.
[0043]
According to the present embodiment, the second 3C-SiC layer 22 is epitaxially grown in a state where the surface of the first 3C-SiC layer 21 has line-and-space undulations. Similar effects can be obtained.
[0044]
(Third embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a Schottky diode manufacturing process according to the third embodiment of the present invention. In addition, the same code | symbol is attached | subjected to FIG. 3 and an identical part, and the detailed description is abbreviate | omitted.
[0045]
First, in the same manner as in the first embodiment, the first and second 3C—SiC layers 21 and 22 are formed by the steps shown in FIGS. 1 (a) to 1 (c) and FIGS. 3 (a) to 3 (c). A 3C-SiC substrate was prepared. At this time, the SiC substrate was a high-concentration n-type (n + -type).
[0046]
Next, as shown in FIG. 5A, an n -type 3C—SiC layer 25 was epitaxially grown on the 3C—SiC substrate 20. The growth conditions at this time may be the same as in the case of the growth of the second 3C—SiC layer 22 described in the first embodiment. Subsequently, as shown in FIG. 5B, an ion implantation layer 26 was formed on the surface layer of the SiC layer 25 by Ar ion implantation, and an electrode 27 made of TiAl was formed on the layer 26. Further, an electrode made of Pt or Au was provided on the back side of the SiC substrate 20.
[0047]
In the Schottky diode thus formed, since the 3C-SiC substrate 20 is a high-quality crystal having no defects, the 3C-SiC layer 25 formed on the 3C-SiC substrate 20 is also a high-quality crystal, and the device characteristics can be improved. it can.
[0048]
The present invention is not limited to the above-described embodiments. The growth temperature of 3C SiC is not limited to the above embodiment, and can be implemented in the range of 800 to 1200 ° C. In particular, a temperature in the range of 900 to 1100 ° C. is preferable for obtaining good crystals. In the embodiment, the Si substrate is used as the bulk substrate crystal. However, the present invention is not limited to this, and a single crystal substrate of Ge or SiGe can also be used. Further, in the embodiment, the undulation is provided on the entire surface of the bulk substrate crystal or the first SiC layer. However, when the region where the element is formed is not the entire region, the undulation may be provided on a part of the surface. . Furthermore, the shape of the undulation, the method for forming the undulation, and the like can be changed as appropriate according to the specifications.
[0049]
In the manufacture of a semiconductor device using the SiC single crystal substrate of the present invention, the SiC layer formed on the substrate is not necessarily limited to the n type layer, and may be a p type layer, depending on the element to be formed. It can be changed as appropriate. Furthermore, it is needless to say that the present invention is applicable not only to Schottky diodes but also to manufacturing various elements. In addition, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0050]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, when a SiC crystal substrate used as an element formation substrate is manufactured, a plurality of undulations formed on the surface of the bulk crystal substrate are transferred to the first 3C-SiC layer, or the first A plurality of undulations are directly formed in the 3C-SiC layer, and the second 3C-SiC layer is epitaxially grown on the surface of the first 3C-SiC layer having the undulations. A SiC single crystal substrate having a high crystal integrity with significantly reduced stacking faults can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a process for forming undulations on a surface of a bulk crystal substrate, for explaining a method for manufacturing a SiC single crystal substrate according to a first embodiment.
FIG. 2 is a plan view showing a resist pattern formed on the bulk crystal substrate for explaining the method for manufacturing the SiC single crystal substrate according to the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a SiC layer growth step for explaining the method of manufacturing the SiC single crystal substrate according to the first embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of the SiC single crystal substrate according to the second embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a manufacturing process of a Schottky diode according to a third embodiment.
[Explanation of symbols]
11 ... Si substrate (bulk crystal substrate)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 ... Resist pattern 13 ... Uneven 20 ... 3C-SiC single crystal substrate 21 ... 1st 3C-SiC layer 22 ... 2nd 3C-SiC layer 25 ... n < - > type SiC layer 26 ... Ion implantation layer 27, 28 ... Electrode

Claims (5)

バルク結晶基板の表面の少なくとも一部に複数の起伏を形成する工程と、前記起伏が形成された結晶基板の表面上に立方晶系の第1のSiC層をエピタキシャル成長する工程と、第1のSiC層から前記結晶基板を除去する工程、前記結晶基板の除去により露出した第1のSiC層の表面上に立方晶系の第2のSiC層をエピタキシャル成長してその表面を平坦化する工程とを含むことを特徴とする炭化珪素単結晶基板の製造方法。Forming a plurality of undulations on at least a portion of the surface of the bulk crystal substrate; epitaxially growing a cubic first SiC layer on the surface of the crystal substrate on which the undulations are formed; and a first SiC Removing the crystal substrate from the layer, and epitaxially growing a cubic second SiC layer on the surface of the first SiC layer exposed by removing the crystal substrate to planarize the surface. A method for producing a silicon carbide single crystal substrate, comprising: バルク結晶基板の表面上に立方晶系の第1のSiC層をエピタキシャル成長する工程と、第1のSiC層の表面の少なくとも一部に複数の起伏を形成する工程と、第1のSiC層から前記結晶基板を除去する工程と、次いで第1のSiC層の起伏を有する表面上に立方晶系の第2のSiC層を成長してその表面を平坦化する工程とを含むことを特徴とする炭化珪素単結晶基板の製造方法。A step of epitaxially growing a cubic first SiC layer on the surface of the bulk crystal substrate, a step of forming a plurality of undulations on at least a part of the surface of the first SiC layer; Carbonization comprising: removing the crystal substrate; and then growing a cubic second SiC layer on the surface having the undulations of the first SiC layer to planarize the surface. A method for producing a silicon single crystal substrate. 前記結晶基板又は第1のSiC層の表面に形成する複数の起伏は、頂部と底部が一方向に連続して形成され、且つ頂部及び底部が一定間隔で周期的に配置されたラインアンドスペース状のパターンであることを特徴とする請求項1又は2記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。The plurality of undulations formed on the surface of the crystal substrate or the first SiC layer is a line-and-space pattern in which the top and bottom are continuously formed in one direction, and the top and bottom are periodically arranged at regular intervals. The method for manufacturing a silicon carbide single crystal substrate according to claim 1 or 2, wherein the pattern is the following pattern. 前記結晶基板又は第1のSiC層の表面に形成する複数の起伏は、頂部と底部が一方向に連続して形成され、且つ頂部及び底部が一定間隔で周期的に配置されたラインアンドスペース状のパターンを、相互に直交させた格子状のパターンであることを特徴とする請求項1又は2記載の炭化珪素単結晶基板の製造方法。The plurality of undulations formed on the surface of the crystal substrate or the first SiC layer is a line-and-space pattern in which the top and bottom are continuously formed in one direction, and the top and bottom are periodically arranged at regular intervals. The method of manufacturing a silicon carbide single crystal substrate according to claim 1, wherein the patterns are lattice-like patterns orthogonal to each other. 請求項1〜4の何れかに記載の方法によって、第1及び第2のSiC層からなる立方晶系のn+ 型SiC単結晶基板を形成する工程と、前記SiC単結晶基板上に立方晶系のn- 型SiC層をエピタキシャル成長する工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。A step of forming a cubic n + -type SiC single crystal substrate composed of the first and second SiC layers by the method according to any one of claims 1 to 4, and a cubic crystal on the SiC single crystal substrate. And a step of epitaxially growing a n - type SiC layer of the system.
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